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储能行业专题研究:电力结构深度转型电化学储能迎风起

发布时间: 2022-09-20 01:32:37 来源:hth华体会平台入口 作者:hth华体会在线登录
  储能是完成电力系统转型的三大基石之一。在电力系统中,储能发挥了三大价值:功率价值、容 量价值和能...
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  储能是完成电力系统转型的三大基石之一。在电力系统中,储能发挥了三大价值:功率价值、容 量价值和能量价值。在调频方面,发电有功功率高于负荷功率会导致频率上升,带来电网扰动, 进而需要发电单元提供短时的功率支撑,储能可以在该过程中发挥重要作用。储能的容量价值在 于可以提高新能源发电的容量可信度。由于电气化和电力低碳化的发展趋势,高碳的火电发展受 到抑制,新能源发电将会增加,高比例可再生能源并网会给电力系统的调节能力带来巨大压力, 而储能可以有效缓解这种压力,增强电力系统的稳定性和灵活性。此外,储能通过能量存储和峰 谷移时,充分发挥了能量价值。因此发展储能是新型电力系统转型的必然选择。

  电化学储能拥有更高的能量密度,产业链配套更加成熟,相较于其他储能技术在场景应用、技术、 成本、建设周期、转换效率及选址要求上更具优势,具有高度的灵活性,增长潜力较大。储能技术 路线主要包括电化学储能、机械储能和电磁储能。机械储能以抽水蓄能为主,目前技术成熟,建设 成本相对较低,转换效率约 70%-80%,但对选址环境、地形条件及水文环境要求较高,建设周期 长达 3-5 年,响应速度基本在分钟级别的水平;电化学储能主要以锂电池、铅酸电池等为主,其中 锂电池储能相对来讲拥有更高的能量密度,转换效率可超 90%,产业链配套更加成熟,相较于其 他电化学储能在技术、成本上更具优势;而电磁储能则更适用于放电时间短且迅速的功率型储能。

  我们判断当前时点出现的三点变化,使得工商业用户安装储能的经济性显著增强:1)完善分时电 价机制,设立尖峰电价,拉大峰谷价差。2021 年 7 月 26 日国家发展改革委发布《关于进一步完 善分时电价机制的通知》,明确在保持销售电价总水平基本稳定的基础上,进一步完善目录分时电 价机制,更好引导用户削峰填谷、改善电力供需状况、促进新能源消纳。将优化峰谷电价机制,并 建立尖峰电价机制,尖峰电价在峰段电价基础上上浮比例原则上不低于 20%。鼓励工商业电力用 户通过配置储能、开展综合能源利用等方式降低高峰时段用电负荷、增加低谷用电量,通过改变用 电时段来降低用电成本。

  2)12 省高耗能企业用电价格按照普通用户 1.5 倍执行,高耗能企业用电成本进一步提升。10 月 31 日,江苏省、北京市、甘肃省等地国网电力公司发布代理购电公告,自 2021 年 12 月 1 日起, 高耗能企业购电价格按照普通代理购电用户 1.5 倍执行。这一政策的发布,进一步提高了高耗能企 业的用电成本。

  3)今年我国出现的电力供需紧张及部分省份的拉闸限电问题,极大地影响了工商业用户的生产安 排。2021 年 8 月以来,受南方地区来水偏枯和煤炭价格高企影响,火电机组顶峰能力不足,南方 区域 4 省(区)、蒙西实施有序用电措施。9 月份以来,全国临时检修机组容量增加,有序用电范围 进一步扩大,个别地区出现了拉闸限电情况。部分工商业用户不得不停工停产,或调整生产排期, 严重影响公司运行。

  工商业储能的盈利模式是峰谷套利,即在用电低谷时利用低电价充电,在用电高峰时放电供给工 商业用户,用户可以节约用电成本,同时避免了拉闸限电的风险。伴随着分时电价的完善,峰谷电 价差拉大,工商业储能的经济性明显提升。目前国内工商业储能的运营主要有两种商业模式。一是 由工商业用户自行安装储能设备,可以直接减少用电成本,但是用户需要承担初始投资成本及每年 的设备维护成本。另外一种是由能源服务企业协助用户安装储能,能源服务企业投资建设储能资产 并负责运维,工商业用户向能源服务企业支付用电成本。同时,用户侧储能实现多场景扩张,出现 充换电站、数据中心、5G 基站、港口岸电、换电重卡等众多应用场景。

  在现行电力市场价格机制下,工商业用户安装储能的投资回收期由 6.9 年缩短至 3.9 年,IRR 由 7%提升至 21%,经济性显著提高,工商业用户投资意愿增强。以江苏省高耗能工业用户为例,研 究了政策变化前后工商业用户安装储能的经济性。假设用户安装 10MW/20MWh 储能系统,放电 深度 80%,系统初始投资成本为 1.6 元/Wh,电池寿命 10 年,每日进行 2 充 2 放设置,每年运行 360 天,假设折现率 5%。

  政策变化之前,根据江苏省分时电价机制,储能系统可以进行 2 充 2 放,分别在低谷和平段充电, 在 2 个高峰时放电,通过套利获得收入,投资回收期 6.9 年,项目 IRR 为 7%。新政策出台后,工 商业企业进入电力市场,高耗能企业购电价格是一般用户的 1.5 倍,用电成本明显增加。叠加新的 分时机制,尖峰时段峰谷价差更大,套利空间增大。投资回收期缩短至 3.9 年,项目 IRR 提升至 21%。

  随着电池成本降低,工商业储能项目 IRR 提高。2020 年底,中国储能系统成本突破了 1.5 元/Wh 的里程碑,被行业认为是储能行业的拐点,因 21 年上游原材料价格提升,储能系统成本略有升高。 9 月 26 日,在 2021 中关村论坛的“碳达峰碳中和科技论坛”上,中国工程院院士、中国工程院原副 院长杜祥琬表示,据估计,电化学储能成本已经突破经济性拐点,预计未来 5 年,储能成本还将再 降低 1/3,未来 10 年,储能成本将再降低 66-80%。根据我们的模型测算,当储能系统成本由当前 1.6 元/Wh 降低至 1.2 元/Wh,工商业储能项目 IRR 由 21%提高至 32%。(报告来源:未来智库)

  工商业储能系统与储能电站系统都包括电池系统+BMS、PCS、EMS、变压器,机架,连接线缆、 汇流柜、防雷及接地系统、监控及报警系统等,系统均进行模块化设计,系统电压、容量灵活配置。

  系统架构: 储能电站 PCS 系统通常和电池系统独立建设,逆变升压单元包括 PCS、并网柜、变压器等,集装 箱将电池柜、汇流柜、监控设备等集成为一体,且拥有独立供电、照明、温湿度控制、消防、安全 逃生等自动控制和安全保障单元,电站还需配备站用电系统,为储能单元提供自用电电源,配备升 压站,协助并网。

  工商业储能多一体化建造,采用一体柜。随着大工业用户的增多,工商业储能配备容量可以达到 MW 级以上,系统配置与储能电站基本一致。工商业储能对系统控制的要求低于储能电站,部分 PCS 产品也具有 BMS 的功能。在 EMS 方面,工商业储能只需要设定充放电时间即可完成能量管 理,功能性需求也低于储能电站。

  电池: 工商业储能对响应时间要求相对较低,综合考虑成本和循环寿命、响应时间等因素。采用能量型电 池。储能电站收益主要来自于电力辅助服务,因此调频电站储能电池系统对循环寿命、响应时间要 求较高,宁德时代、阳光电源等推出的电站电池系统循环次数在 8000 次左右。用于调频、紧急备 用的电池可能会选用功率型,而目前大多储能采用的是能量型,与工商业储能类似。

  BMS: 对于中小工商业储能型电池系统,可对电池组提供过充、过放、过流、过温、欠温、短路及限流保 护功能。还可以提供充电过程中的电压均衡功能,可以通过后台软件进行参数配置和数据监控,具 备与多种不同类型的 PCS 进行通讯及联合对储能系统进行智能化管理。

  储能电站对单体电池、电池组、电池堆进行分层、分级、统一的管理,根据各层各级的特性对电池 的各类参数及运行状态进行计算分析,实现均衡、报警、保护等有效的管理,使各组电池达到均等 出力,确保系统达到最佳运行状态和最长运行时间;提供准确有效的电池管理信息,通过电池均衡 管理可极大的提高电池能量利用效率,优化负荷特性。同时可最大程度地延长电池使用寿命,保障 储能系统的稳定性、安全性及可靠性。

  PCS: 工商业储能逆变器功能相对单一,以双向变流为基础,体积小巧,更容易与电池系统进行集成;可 以根据自身需要进行灵活扩容;具备 150-750V 超宽电压范围,可满足铅酸电池、锂电池、LEP 等 多种电池的串并联需求;单向充放电,适配多种类型的光伏逆变器。

  储能电站直流侧电压更宽,1500V 可满载运行;除却变流器的基本功能,还需要具备电网支撑的功 能,如具备一次调频、源网荷快速调度功能等,电网适应性强,能够实现功率快速响应(30ms)。

  EMS: 工商业储能系统 EMS 大都不需要接受电网调度,功能较为基础,只需做好本地能量管理:需要支 持储能系统电池均衡管理,保障操作安全,支持毫秒级快速响应,实现储能子系统设备集成管理和 集中调控。

  储能电站需要接受电网调度的储能电站对 EMS 系统要求较高,除了基本的能量管理功能,还需要 具备为微电网系统提供电网调度接口及能量管理的功能。需要支持多种通信规约,具备标准电力调 度接口,能够对能量搬移、微电网、电力调频等应用场合的能量进行管理和监控,支持源、网、荷、 储等多能互补系统监控。

  电化学储能系统由电池、逆变器(PCS)、电池管理系统(BMS)、能量管理系统(EMS)和其他 电气设备组成。下游是系统集成商和工商业用户。

  电池和 PCS 是储能系统中价值量占比最高的部分。储能系统由电池组、储能逆变器 PCS、能量管 理系统 EMS、电池管理系统 BMS 和集装箱及舱内设备构成,其中电池组成本占比近 60%,PCS 成本占比约 15%。

  电池电芯/模组占总成本的 60%,目前更多电池厂商聚焦于大型储能电站的研发,工商业用户 侧储能正在逐步发展,代表有宁德时代、鹏辉能源、海基、上海电气国轩、派能等。

  BMS 是对电池进行动态管理,主要由专业电子控制元件制造企业生产,但是电池类企业也在 逐步涉足,自主研发 BMS+PACK,代表企业有高特电子、协能科技、科工电子,电池类企业 有宁德时代等,但电池厂家的 BMS 通常迁移自动力电池,因此只具备被动均衡功能,对于需 要主动均衡功能的业主,需要通过外采。

  PCS 占总成本的 15%,是连接电池系统与电网或负载之间,实现电能双向转换的装置。原理 上与光伏逆变器有相通之处,多数光伏逆变器厂家都开始研发储能逆变器,且具有一定的技 术优势。工商业储能市场主要企业有盛弘股份、科华数据、上能电气等。

  工商业储能一体化产品较多,大多设备厂商掌握集成技术。系统集成商有阳光电源、海博思 创、南都电源、库博、南瑞继保等。

  动力电池行业龙头,卡位储能黄金赛道,储能收入占比提升至 11%,增速可观。宁德时代在动力 电池领域积累深厚,连续四年动力电池装机量全球第一,2021 年 1-9 月,宁德时代动力电池装机 量占全球份额超 34%。受益于动力电池领域的积累和规模优势,公司在储能电池领域亦处于领先 地位。公司自 2011 年从事储能业务,产品应用领域涵盖电网、通信基站、工商业及家庭储能。2021 年上半年,公司出货多个百兆瓦级储能项目,实现收入 46.93 亿元,同比增长 727%,占总收入比 例为 11%,毛利占比 14%。

  受益于行业发展,储能业务翻倍增长。2014 年起,公司有储能业务出货,2021 年上半年出货多个 百兆瓦级项目。公司储能业务收入不断提升,从 2014 年 0.44 亿元提升至 2020 年 19.43 亿元, 2021 年上半年储能系统收入实现 7 倍增长。伴随着储能业务的成熟,储能系统毛利率超过动力电 池系统,成为拉动公司毛利率的主要动力,2021 年上半年,储能系统毛利率达 37%。

  公司重视储能业务,定增扩产保障公司发展。8 月 12 日,公司发布公告,拟向特定对象发行股票 募集资金,总额不超过 582 亿元,用于投建 7 个项目,其中 116.5 亿元用于江苏时代动力及储能 锂离子电池研发与生产项目(四期),扩建锂离子电池产能 30GWh;36.1 亿元投资于宁德时代湖 西锂离子电池扩建项目(二期),增加 2GWh 锂电池和 30GWh 储能电柜产能;70 亿元用于开展 新一代动力及储能电池关键材料体系研发、结构设计及智能制造、钠离子电池产业链关键材料及设 备开发、大规模储能系统、智慧能源网络等先进技术研发。(报告来源:未来智库)

  公司深耕锂离子电池十余年,是国内电池品类最全的厂商之一。公司的电池产品涵盖锂离子电池、 一次电池(锂铁电池、锂锰电池等)、镍氢电池等,公司产品应用场景广泛,包括储能(含 UPS 备用电源、通讯基站备用电源、便携式储能、大型用户侧储能、工商业用户侧储能、电网储能、家 用储能等)、消费数码(平板电脑、电脑、充电宝、安防、智能物联、灯具、电子烟、ETC、TWS 耳机、蓝牙设备、智能穿戴等)、新能源汽车(含低速车、乘用车、专用车、客车、大巴车等)、 轻型动力(含电动工具、电动自行车、电动摩托车、启动电源、平衡车、无人机、扫地机、吸尘器 等)等领域。2021 年上半年,公司实现营业收入 24.54 亿元,同比增长 87%。

  储能产品齐全,获得客户订单。在储能锂离子电池领域,公司拥有完整的储能产品线,涵盖储能电 芯、通信基站电池标准模块、便携式储能箱、家用储能一体机、大型储能(含电池簇、储能机柜、 集装箱储能系统)等诸多产品。在家用储能领域,由于去年公司家储产品通过欧洲和澳洲认证,今 年获得了来自于欧洲和澳洲的大批量家储业务订单,客户有 weco、古瑞瓦特等;在便携式储能领 域,获得了大客户正浩科技 Ecoflow 等的大批量订单;在大型储能领域,获得了阳光电源、南方电 网、天合光能等的大批量订单。

  光伏逆变器行业龙头稳固,储能业务增长迅速。阳光电源是一家专注于新能源设备的高新技术企 业,主要产品有光伏逆变器、风电变流器、储能系统、新能源汽车驱动系统、水面光伏设备、智慧 能源运维服务等。 公司在光伏逆变器领域积累了丰富的经验,2020 年全球光伏逆变器出货量 35GW,全球排名第二。储能变流器与光伏逆变器同源,公司将技术经验迁移至储能行业,收益明 显。

  公司在储能业务上布局有储能变流器和储能系统集成两大业务。储能变流器技术与光伏逆变器同 源,与光伏逆变器需要的零部件高度相似。产线切换也比较容易,根据行业经验,光伏逆变器的产 线 周,主要是生产工艺流程的切换,在 PCB 板贴片、电阻、电容等相应 的流程有所区别。因此,储能变流器业务与光伏逆变器业务具有高度协同效应。

  公司储能系统业务营收快速增长,盈利稳步提升。公司的储能系统集成业务采用“无电芯战略”。 主要关注系统集成、智能化管理、运行安全等方面。公司与三星 SDI 株式会社于 2014 年 11 月在韩国釜山签订合资合约,在合肥建立合资公司,开始进军储能系统领域。2016 年,公司子公司阳 光三星投产,年产能 2000MWh。2018-2020 年,储能业务营收稳步增长,增速近 50%,2020 年 实现营收 11.69 亿元,毛利率逐渐提升,2020 年毛利率为 21.96%。目前公司储能产品及系统广 泛应用在中国、美国、德国、日本、英国、澳大利亚、加拿大、西班牙、印度、泰国、柬埔寨、南 苏丹、马尔代夫等全球多个国家。海外市场储能业务发展良好,公司在北美工商业储能市场份额超 过 20%;在澳洲,户用光储系统市占率超过 24%。

  公司业绩持续突破,储能业务在国内外市场中国企业出货量排名均居第一。在北美,阳光电源的工 商业储能市场份额就超过了 20%;在澳洲,通过与分销商的深度合作,阳光电源户用光储系统市 占率超过 24%。2020 年相继为英国门迪 100MW/100MWh 储能电站、青海特高压外送基地电源配 置项目、山东莱州光储 融合电站以及安徽谯北风储示范电站等多个项目提供整体解决方案。

  产品成本低,安全性强,优势领先。储能系统发展的关键问题之一在于降低系统的构建成本,阳光 电源 2020 年推出了 1500V 全场景储能系统解决方案,降本增效显著,成为当前平价上网压力下, 新能源+储能实现规模化发展的关键支撑技术。近年来,储能电站爆炸事件引起了行业对储能电池 的安全性问题的重视,阳光电源已经形成了从电池单体、模组、电池簇、电池系统管理到 PCS 的 全方位保护体系,重视储能系统的安全运行。2020 年阳光电源储能系统全球发货 800MWh,未出 现一例安全事故。

  盛弘股份是国内工商业储能 PCS 龙头。盛弘股份成立于 2007 年,起步产品是电能质量设备,目 前公司的电能质量业务居于国内龙头地位。公司基于在电力电子领域深厚的技术积累,衍生出充电 桩、储能变流器、电池化成与检测设备等业务。2012 年,盛弘股份进军储能市场,以独特的模块 化储能变流器产品占领了市场先机。目前盛弘已在全球五大洲 50 余个国家和地区进行储能产业布 局,超 800 个储能项目稳定运行,全球累计装机容量超 700MW。产品覆盖 30kw 到 1000kw,能 够提供适应不同客户需求的产品。2021 年上半年公司储能业务实现收入 8400 万元,同比增长 216.59%,占总收入的 22%,毛利润中占比 18%。

  专注工商业 PCS,储能业务收入稳定增长。自 2012 年公司进入储能行业以来,公司储能业务增长 迅速,营业收入从 2012 年的 0.18 亿元增长至 2020 年的 1.24 亿元,年均复合增速 27%。公司储 能业务毛利率近年略有下降,主要是行业竞争加剧所致,但公司在工商业储能行业的领先地位依然 保持。

  (本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)

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